La matérialité de l'air

L'enseignant présente une bouteille d'eau, une bouteille de sable et une bouteille "vide" aux élèves. Il leur demande ce qu'il y a dans les trois bouteilles : de l'eau qui est un liquide, et du sable qui est un solide. Réponses possibles pour la bouteille "vide" : de l'air, rien, du vide, etc.

L'enseignant demande aux élèves si d'après eux l'air dans la troisième bouteille est de la matière comme l'eau ou le sable. Il demande aux élèves d'écrire et de justifier leurs réponses (attention : il peut y en avoir plusieurs) sur une feuille, en leur précisant qu'ils peuvent faire des phrases, des schémas, des dessins.

L'enseignant ramasse les feuilles. Il réalisera un tri et un classement des différentes conceptions des élèves, et gardera quelques exemples pour illustrer les conceptions des élèves dans la séance suivante.

L'enseignant rappelle aux élèves ce qu'ils ont fait la séance précédente. Il leur explique qu'il a regroupé les différentes productions des élèves par thème (celles qui disaient la même chose ou le contraire).

Il écrit au tableau les différentes conceptions des élèves en les illustrant par des dessins ou schémas d'élèves réalisés lors de la séance précédente s'il y en a.

Il demande aux élève ce qu'ils en pensent, s'ils sont d'accord avec ce qu'il y a tableau et surtout pourquoi, il faut qu'ils justifient.

Le débat entre les élèves est lancé. Ils vont exprimer des contre-exemples pour invalider certaines hypothèses avancées comme par exemple "ce n'est pas de la matière parce qu'on ne le sent pas", invalidé par "oui mais quand il y a du vent on le sent".

Les élèves vont utiliser la comparaison avec l'eau pour savoir si l'air est de la matière. Ils argumenteront en utilisant des formulations telles que "si c'était de la matière on pourrait le déplacer/le peser comme l'eau", "c'est de la matière parce qu'il prend de la place dans la bouteille", etc.

L'enseignant demande aux élèves quels protocoles ils vont pouvoir mettre en place pour valider ou invalider les hypothèses de l'affichage :

- peser l'air

- déplacer l'air

- voir comment il occupe l'espace quand on l'emprisonne dans quelque chose

L'enseignant leur demande de dessiner sur des post it des expériences que les élèves pourraient réaliser pour tester les hypothèses. Les élèves vont ensuite aller coller les post it sur l'affichage des hypothèses.

Reprise de l'affichage réalisé lors de la séance précédente.

L'enseignant propose aux élèves de tester l'une de leurs hypothèses : L'air est de la matière car il peut être déplacé OU l'air n'est pas de la matière car on ne peut pas le déplacer.

L'enseignant leur demande de quel matériel ils vont avoir besoin pour tester cette hypothèse.

Avec le matériel que les élèves proposent, réflexion individuelle sur les protocoles expérimentaux qui pourraient être réalisés.

Mise en commun et choix des protocoles qui vont être réalisés.

Chaque groupe ramène le matériel à l'enseignant.

Chaque groupe explique ce qu'il a fait, et ce qu'il s'est passé. Chaque groupe ayant réalisé le même protocole dit s'il a vu la même chose ou non.

L'enseignant demande aux élèves de réaliser par groupe un schéma qui expliquerait l'expérience.

Les 6 schémas sont accrochés au tableau : mise en relief des points positifs et des manques dans la réalisation des schémas. Rappel de ce qu'il faut dans un schéma (flèches, objets, nom).

Reprise de l'affichage des hypothèses. Rappeler ce qu'on a fait lors de la séance précédente : prouver que l'air est de la matière car on peut le déplacer.

L'enseignant propose aux élèves de voir comment l'air occupe de la place quand on l'emprisonne.

L'enseignant : "mais d'abord, l'air c'est un liquide comme l'eau ? c'est un solide comme le sable ?"

Les élèves en viennent au fait que l'air est un gaz.

L'enseignant met les élèves en binômes.

Il leur donne le matériel nécessaire à la réalisation de l'expérience et les élèves la font.

L'enseignant leur demande ensuite de réaliser individuellement sur leur cahier d'expérience un schéma du protocole expérimental.

Reprise de l'affichage des hypothèses. Rappel des hypothèses déjà testées, l'enseignant dit aux élèves qu'il n'en reste alors qu'une, celle du poids d'un objet rempli d'air : un objet auquel on rajoute de l'air sera plus léger car l'air est léger, ou plus lourd car l'air a une masse.

Discussion des deux hypothèses par les élèves.

L'enseignant demande comment faire pour valider ou invalider ces hypothèses.

Les élèves proposent des protocoles expérimentaux : peser une bouteille auquel on rajoute de l'air. Peser un ballon auquel on rajoute de l'air.

L'enseignant demande de réaliser un schéma de l'expérience dans le cahier d'expérience et d'écrire une phrase explicative en dessous du schéma pour expliquer ce qu'il s'est passé.

L'enseignant montre aux élèves le manège à air chaud qu'il a réalisé au préalable. Il leur explique qu'ils vont en réaliser un chacun, mais en groupe pour pouvoir s'aider les uns les autres (ils auront une fiche de fabrication par groupes).

Il allume les bougies de son manège à air chaud et demande aux élèves ce qu'il se passe : "le manège en haut tourne". L'enseignant fait émerger les pistes d'explication en demandant aux élèves comment le manège en haut tourne.

Il leur explique ensuite que les bougies chauffent l'air qui s'élève, et que l'air froid va venir le remplacer : c'est ce qui va créer le vent et faire tourner l'hélice du manège.

L'enseignant leur présente la fiche de fabrication. Il leur en explique les différentes étapes :

- ils devront d'abord réaliser le support du manège à air chaud

- et ensuite le moulinet

Il leur explique qu'il laisse le prototype à la disposition des élèves pour qu'ils puissent s'y reporter.

L'enseignant leur montre au fond de la classe le matériel nécessaire à la fabrication du manège à air chaud.

L'enseignant propose aux élèves une expérience : un verre avec un mouchoir collé au fond que l'on va plonger à l'envers dans une bassine d'eau. Il leur demande si le mouchoir va être mouillé ou non. Les élèves rédigent leur réponse et leur justification individuellement dans l'espace dédié à cet effet sur la feuille réponse.

L'enseignant met les élèves par groupe : 6 groupes de 4 et un groupe de 3. Il leur fournit le matériel nécessaire à l'expérience et leur dit de la réaliser.

Une fois que les élèves l'ont réalisée, l'enseignant leur demande de réaliser sur la feuille réponse un schéma de cette expérience, et d'expliquer ce qu'ils ont observé et comment on pourrait l'expliquer.

L'enseignant leur propose le schéma de l'expérience qu'ils ont réalisé pour prouver que l'air a une masse.

Il leur demande d'expliquer ce qu'il se passe dans cette expérience, et si après l'expérience le ballon sera plus lourd, moins lourd ou aussi lourd, et pourquoi.